或真空電容率

或真空電容率

permittivity of free space 或 permittivity of the vacuum

MKSA有理制(國際單位制的電磁學部分)中引入的一個有量綱的常量。又稱真空介電常量 ,表為ε,在國際單位制中,ε=8.854187817×10F/m。

ε和真空磁導率μ以及電磁波在真空傳播速率c之間的關係為 (見光速)。真空平行板電容器的電容為,若取S為單位面積,d為單位距離,則C=ε,真空電容率的名稱即源於此。

真空電容率(vacuumpermittivity)是一個重要且基本的物理常數,又稱為真空介電常數。
本身是一個精確值,不存在不確定度,其大小等於ε=1/(μ×c),其中μ為真空磁導率,c為真空中光速,因為這兩者的值都是精確值,所以ε也是精確值。μ=4π×10N/A,c=299792458m/s,所以可算出ε≈8.854187817×10F/m,注意,這裡的“≈“並不是因為不精確,而是因為ε的精確值是一個無理數,這個無理數的本身的大小是確定的。
在國際單位制里,常數和都是準確值。所以,關於米或安培這些物理量單位的數值設定,不能採用定義方式,而必須設計精密的實驗來測量計算求得。由於是個無理數,的數值只能夠以近似值來表示。

真空電容率也出現於庫侖定律,是庫侖常數的一部份。

對於線性介質,電容率與真空電容率的比率,稱為相對電容率,請注意,這公式只有在靜止的、零頻率的狀況才成立。對於異向性材料,相對電容率是個張量。

量子詮釋

在量子力學裡,電容率可以用發生於原子層次和分子層次的量子作用來解釋。
在較低頻率區域,極性介電質的分子會被外電場電極化,因而誘發出周期性轉動。例如,在微波頻率區域,微波場促使物質內的水分子做周期性轉動。水分子與周邊分子的相互碰撞產生了熱能,使得含水分物質的溫度增高。這就是為什麼微波爐可以很有效率的將含有水分的物質加熱。水的電容率的虛值部分(吸收指數)有兩個最大值,一個位於微波頻率區域,另一個位於遠紫外線(UV)頻率區域。這兩個共振頻率都高於微波爐的操作頻率。
在中間頻率區域,高過促使轉動的頻率區域,又遠低於能夠直接影響電子運動的頻率區域,能量是以共振的分子振動形式被吸收。對於水介質,這是吸收指數開始顯著地下降的區域。吸收指數的最低值是在藍光頻率區域(可見光譜段)。這就是為什麼日光不會傷害像眼睛一類的含水生物組織。
在高頻率區域(像遠紫外線頻率或更高頻率),分子無法弛豫。這時,能量完全地被原子吸收,因而激發電子,使電子躍遷至更高能級,甚至游離出原子。擁有這頻率的電磁波會導致電離輻射。

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